KR100465594B1

KR100465594B1 - 히터가 부착된 포핏밸브

Info

Publication number: KR100465594B1
Application number: KR10-2002-0068681A
Authority: KR
Inventors: 칸자카이쿠오; 사쿠라이토요노부
Original assignee: 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2005-01-13
Also published as: KR20030043643A; JP2003161382A; CN1421630A; CH693684A5; TW571041B; JP3769495B2; US20030098066A1; US6748969B2; CN1291180C

Abstract

밸브부재를 가열하기 위한 히터를, 가동부재인 밸브부재나 로드 등에 설치하는 일없이, 밸브케이싱 내의 정위치에 설치하여, 필요시에 상기 밸브부재에 많은 열이 전달되도록 구성한다.

메인포트(11,12)와, 이들 메인포트(11,12)를 연결하는 유로(13)와, 이 유로 (13) 중에 설치된 밸브시트(14)와, 이 밸브시트(14)를 개폐하는 밸브부재(17)와, 이 밸브부재(17)에 연결된 로드(18)를 갖는 밸브케이싱(1) 내의 정위치에, 원통형상의 전열체(28)를 상기 로드(18)를 둘러싸도록 설치하여, 이 전열체(28)에 제1히터(31)를 내장시키고, 상기 밸브부재(17)의 밸브개방시에 상기 밸브부재(17)가 상기 전열체(28)에 접촉하도록 구성한다.

Description

히터가 부착된 포핏밸브{POPPET VALVE WITH HEATER}

본 발명은, 이화학기계 등에 있어서 반응가스 등의 작동유체의 공급에 직접 사용하거나, 이와 같은 반응가스를 사용하는 진공챔버의 감압 등에 사용하는 포핏밸브에 관한 것이고, 더욱 상세하게는, 상기 작동유체로부터의 생성물이 밸브부재 등에 부착하는 것을 히터로 방지하도록 구성한, 히터가 부착된 포핏밸브에 관한 것이다.

예컨대 반도체의 제조장치에 있어서는, 진공챔버 내에서 행해지는 에칭 등의 화학처리에 고온의 반응가스가 사용되고, 그 공급이나 진공챔버의 감압 등에 포핏밸브가 이용되고 있다. 그런데, 상기 반응가스는 저온화하면 생성물이 석출되기 쉽고, 그 생성물이 포핏밸브의 내부에 있는 밸브부재나 벨로즈 등의 각 부재에 부착되어서 개폐정밀도를 저하시키기 때문에, 이와 같은 포핏밸브에 있어서는, 작동유체로부터의 생성물의 석출이나 밸브부재 등으로의 부착을 방지할 수 있도록 구성되어 있는 것이 중요하다.

이 때문에 종래로부터, 케이싱의 내부나 밸브부재 등을 히터로 가열하여 생성물의 부착을 방지하도록 하였다. 히터가 부착된 포핏밸브가 제안되고 있다. 일본 특허 제3005449호 공보에는, 케이싱의 외면에 밴드히터를 감음과 아울러, 유로를 개폐하는 밸브부재에 봉형상의 히터를, 상기 밸브부재로부터 연장하는 중공로드의 내부를 통해서 설치한 것이 개시되어 있다. 또한, 일본 특허제3012831호 공보에는, 케이싱의 외면에 러버히터를 설치함과 아울러, 밸브부재와 일체의 통형상을 한 지지체의 외주에 별도의 히터를 설치한 것이 개시되어 있다. 또한, 일본 특개평82807호 공보에는, 케이싱의 외면에 러버히터를 설치함과 아울러, 밸브부재와 일체의 중공로드의 내부에 플렉서블히터를 내장한 것이 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 포핏밸브는, 모두, 밸브부재를 가열하기 위한 히터를, 가동부재인 상기 밸브부재 또는 로드에 설치하고 있기 때문에, 이 히터의 설치에 의해서 밸브부재나 로드를 포함하는 가동부분 전체의 중량이 증대하고, 그만큼 개폐에 필요한 구동력을 크게 해야만 할뿐만 아니라, 응답성도 나쁘게 된다라는 문제가 있었다. 또한, 밸브부재가 개폐하는 정도에 그 충격이 직접 히터에 전달되기 때문에, 그 충격에 의해서 상기 히터가 단선되거나 파손되기 쉽다라는 결점도 있다. 또한, 대량의 작동유체가 내부를 유통하고 있지 않는 상태에 있어서 그만큼 강하게 가열할 필요가 없는 밸브개방시에도, 상기 밸브부재가 항시 히터로 가열되게 되기 때문에, 열효율이 나쁜데다가, 열에 약한 고무성 시일부재의 열 열등화가 생기기 쉽다라는 문제도 있다.

본 발명의 기술적과제는, 밸브부재를 가열하기 위한 히터를, 가동부재인 밸브부재나 로드 등에 설치하는 일없이, 밸브케이싱 내의 정위치에 설치하여, 필요시에 상기 밸브부재에 많은 열이 전달되도록 구성함으로써, 상기 종래의 문제점을 해소한, 효율적이고 또한 합리적인 설계구조를 갖는 히터가 부착된 포핏밸브를 제공한 것에 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 포핏밸브의 일실시예를 나타내는 단면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 케이싱 2 … 실린더

3 … 단열부 11 … 제1메인포트

12 … 제2메인포트 13 … 유로

14 … 밸브시트 17 … 밸브부재

17c … 수열면 18 … 로드

18a … 제1부분 18b … 제2부분

21 … 피스톤 23 … 시일부재

28 … 전열체 28a … 전열면

31 … 제1히터 32 … 제2히터

33 … 벨로즈 34 … 단열판

34a … 통기구멍

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 제1메인포트 및 제2메인포트와, 이들 양 메인포트를 연결하는 유로와, 이 유로 중에 설치된 밸브시트를 갖는밸브케이싱, 이 밸브케이싱에 단열부를 통해서 연결된 실린더, 상기 밸브케이싱 내에 설치되어서 상기 밸브시트를 개폐하는 포핏식 밸브부재, 이 밸브부재에 선단부가 연결되고, 기단부가 상기 단열부를 통해서 상기 실린더의 내부까지 연장되는 로드, 상기 실린더의 내부에 시일부재를 통해서 슬라이딩가능하게 배치됨과 아울러, 상기 로드의 기단부에 연결된 피스톤, 상기 밸브케이싱 내의 정위치에 상기 로드를 따라서 배치되며, 선단부에 상기 밸브부재가 밸브개방위치에서 접촉하는 전열면을 구비한 전열체, 이 전열체에 설치된 제1히터, 상기 밸브케이싱의 외면에 설치된 제2히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터가 부착된 포핏밸브가 제공된다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 포핏밸브에 의하면, 밸브케이싱 내의 정위치에 전열체를 설치하여, 이 전열체에 밸브부재 가열용 제1히터를 설치하고, 밸브부재의 개방시에 상기 밸브부재가 상기 전열체에 접촉하여 가열되도록 구성한 것이므로, 상기 히터를 밸브부재나 로드에 직접 설치한 경우와 같은, 상기 밸브부재의 중량의 증가에 따라서 개폐시의 구동력이 크게 되거나, 응답성이 나쁘게 된다라는 문제가 생기지 않는다. 또한, 상기 밸브부재가, 작동유체가 밸브내부를 유통하는 밸브개방시에 상기 전열체와 접촉하여 직접적으로 가열되는 방식이기 때문에, 에너지효율이 좋고, 항시 직접가열되고 있는 경우와 같은 시일부재의 열화도 생기기 어렵다. 또한, 상기 밸브부재의 개폐에 수반되는 충격이 히터에 전달되지 않기 때문에, 상기 히터의 파손의 문제도 없게 된다.

본 발명의 구체적인 실시형태에 의하면, 상기 전열체가 원통형상을 하고 있고, 상기 로드의 둘레를 감싸도록 설치되고, 상기 전열체의 내부에 상기 히터가 내장되어 있다.

또한, 상기 단열부가, 복수의 통기구멍을 갖는 원통형상의 단열판으로 형성되고, 이 단열판이, 상기 밸브 케이싱과 실린더 사이에 상기 로드와 동심상으로 설치되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 로드가, 밸브부재측의 제1부분과 히터측의 제2부분으로 구분되어 있고, 상기 제2부분이 상기 제1부분보다 저전열성의 소재로 형성되어 있다.

본 발명의 다른 구체적인 실시형태에 의하면, 상기 밸브케이싱의 단부의 격벽과 밸브부재 사이에 벨로즈가 설치되고, 이 벨로즈의 내부에 상기 전열체가 수용됨과 아울러, 상기 밸브부재의 배면의 상기 벨로즈에 내포되는 부분에 상기 전열체의 전열면에 접촉하는 수열면(受熱面)이 형성되어 있다.

도 1은 본 발명에 관한 히터가 부착된 포핏밸브의 일실시예를 나타내는 것이다. 이 포핏밸브는, 반도체 제조장치에 있어서의 진공챔버의 감압에 사용하는 것에 적합하고, 원통형상의 밸브케이싱(1)과, 이 밸브케이싱(1)의 축선방향의 일단부에 단열부(3)를 통해서 연결된 실린더(2)를 구비하고 있다.

상기 밸브케이싱(1)에는, 상기 진공챔버 및 진공펌프 중 어느 한쪽의 접속을 위한 제1메인포트(11)와, 다른쪽에 접속하기 위한 제2메인포트(12)가, 서로 90도 다른 방향으로 설치됨과 아울러, 이들 양 메인포트(11,12)를 연결하는 유로(13)와, 이 유로(13) 중에 설치된 밸브시트(14)가 설치되어 있다.

상기 밸브케이싱(1)의 내부에는, 상기 밸브시트(14)를 개폐하는 포핏식 밸브부재(17)가 설치되어 있다. 이 밸브부재(17)는, 원반형상을 한 기재(17a)의 하면 외주에, 상기 밸브시트(14)에 접촉이간하는 고무제의 시일부재(17b)를 설치한 것이고, 이 밸브부재(17)의 배면 중앙부에는 구동용 로드(18)의 선단부가 설치되고, 이 로드(18)의 기단부는, 밸브케이싱(1)의 단부의 격벽(19) 및 상기 단열부(3)를 관통하여 상기 실린더(2)의 내부까지 연장하고, 피스톤(21)에 연결되어 있다. 이 피스톤(21)은, 상기 실린더(2)의 내부에 시일부재(23)를 통해서 슬라이딩가능하게 배치된 것이므로, 이 피스톤(21)의 양측에는 제1압력실(24a) 및 제2압력실(24b)이 형성되고, 이들 압력실(24a,24b)이, 실린더(2)의 측면에 개구하는 제1조작포트(25a) 및 제2조작포트(25b)에 각각 접속되어 있다. 도 중 26은, 실린더(2)의 단부를 닫는 커버이다.

상기 밸브 케이싱(1)의 내부에는, 전열체(28)가 상기 로드(18)를 따라서 배치되어 있다. 이 전열체(28)는, 알루미늄과 같은 전열성에 우수한 금속소재에 의해서 원통형상으로 형성되고, 상기 로드(18)의 둘레에 미소한 간격을 유지하여 동심상으로 배치된 것이므로, 그 기단부를 상기 격벽(19)에 볼트로 고정함으로써, 밸브케이싱(1) 내의 정위치에 고정적으로 설치되어 있다. 이 전열체(28)의 두께 내에는, 봉형상을 한 전기저항발열식 제1히터(31)가, 상기 로드(18)와 평행하게 일체 또는 복수개 내장되어 있다. 또한, 상기 전열체(28)의 선단부는 고리형상의 전열면 (28a)으로 되어 있고, 이 전열면(28a)은, 밸브폐쇄위치까지 전진되어 있는 밸브부재(17)와는 일정거리 이간되어 서로 접촉하지 않지만, 상기 밸브부재(17)가 밸브개방에 의해 후퇴하였을 때에는, 상기 밸브부재(17)의 배면의 고리형상의 수열면(17c)과 서로 접촉하도록 되어 있다.

상기 밸브케이싱(1)의 격벽(19)과 밸브부재(17) 사이에는, 신축가능한 벨로즈(33)가 설치되고, 이 벨로즈(33)의 내부에 상기 전열체(28)가 수용됨과 아울러, 상기 밸브부재(17)의 배면의 수열면(17c)이 내포되어 있다.

상기 단열부(3)는, 복수의 통기구멍(34a)을 갖는 원통형상의 단열판(34)으로 형성되어 있고, 이 단열판(34)이, 상기 밸브케이싱(1)과 실린더(2) 사이에 상기 로드(18)를 둘러싸서 동심상으로 설치되며, 이 단열판(34)의 내부를 유통하는 공기에 의해서 상기 로드(18)가 냉각되도록 되어 있다. 또한, 상기 단열판(34)의 일부의 통기구멍(34a) 또는 특별히 설치된 도출구멍으로부터는, 상기 제1히터 (31)의 리드선(31a)이 외부로 도출되어 있다.

또한, 상기 밸브케이싱(1)의 외면에는, 상기 케이싱의 내부를 외부로부터 가열하기 위한 제2히터(32)가 설치되어 있다. 이 제2히터(32)는, 상기 제1히터(31)와 같은 봉형상의 히터이어도 좋지만, 가요성이 있는 시트형상 히터를 사용할 수도 있다. 이 시트형상 히터는, 예컨대 실리콘고무 등으로 이루어지는 내피 내에 전기저항발열체를 내장한 것이므로, 이와 같은 시트형상 히터의 제조자체는 이미 공지된 것이다.

상기 구성을 갖는 포핏밸브에 있어서, 제1조작포트(25a)로부터 압력유체를 제1압력실(24a) 내에 공급하면, 도 1의 좌반부에 나타내는 바와 같이 피스톤(21) 및 로드(18)가 전진하기 위하여, 상기 로드(18)의 선단의 밸브부재(17)가 전진하여 밸브시트(14)에 접촉하고, 상기 밸브시트(14)가 폐쇄된다. 이 때 상기 밸브부재(17)는, 전열체(28)로부터 일정거리만큼 이간되어 있고, 제1히터(31)로부터의 열이 이 전열체(28)를 통해서 수열면(17c)에 직접 전달되는 일없이, 제1히터(31) 및 제2히터(32)에 의해서 직접적으로 가열된 상태에 있다. 이와 같이, 상기 밸브부재 (17)가 밸브시트(14)에 폐쇠되어 있는 상태에서는, 반응가스 등의 작동유체가 포핏밸브 내에 대량으로 유입되지 않고, 따라서, 밸브부재(17)도 대량의 작동유체와 접촉하지 않기 때문에, 이 포핏밸브의 가열, 특히 밸브부재(17)의 가열에 필요한 열량은 적게 끝나고, 상기와 같이, 제1히터(31) 및 제2히터(32)에 의한 간접적인 가열정도이어도 반응물의 부착을 확실하게 방지할 수 있다.

다음에, 상기 제1조작포트(25a)를 개방함과 아울러, 제2조작포트(25b)로부터 압력유체를 제2압력실(24b) 내에 공급하면, 도 1의 우반부에 나타내는 바와 같이, 상기 피스톤(21) 및 로드(18)가 후퇴하고, 밸브부재(17)가 밸브시트(14)를 개방함과 아울러, 상기 밸브부재(17)의 수열면(17c)이 상기 전열체(28)의 선단의 전열면 (28a)에 접촉한다. 이로써 상기 밸브부재(17)는, 상기 제1히터(31)로부터의 열을 전열체(28)로부터 직접 전달되어서 가열된다. 이 때문에, 상기 밸브부재(17)에 전달되는 열량이 많게 되고 상기 밸브부재(17)가 대량의 작동유체와 접촉하여도, 상기 작동유체가 차가워져서 생성물이 밸브부재(17)에 부착되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

한편, 상기 전열체(28)와 로드(18) 사이에는, 이들 상대적인 변위를 가능하게 하기 위한 미소한 틈을 사이에 두고 있지만, 상기 제1히터(31)로부터의 열을 이 전열체(28)로부터 로드(18)를 통해서 밸브부재(17)에 많이 전달시키고 싶은 경우에는, 상기 틈을 가능한한 작게 함과 동시에, 상기 로드(18)를 알루미늄과 같은 전열성에 우수한 소재로 형성하면 좋다. 반대로, 상기 제1히터(31)로부터의 열이 전열체(28)를 통해서 로드(18)에 전달되기 어렵게 하기에는, 상기 틈을 가능한한 크게 하거나, 또는 상기 로드(18)를 세라믹과 같은 전열저항이 큰 소재로 형성하거나, 또는 그 양쪽을 실시하면 좋다.

또한, 상기 제1히터(31)로부터 전열체(28)를 통해서 로드(18)에 전달한 열은, 이 로드(18)로부터 피스톤(21)측에도 흘러가지만, 그 열의 대부분은 단열부(3)에서 방열됨으로써 차단되고, 피스톤(21)에는 거의 전달되지 않기 때문에, 이 열로 시일부재(23)가 열화할 우려는 없다. 또한, 상기 로드(18)의 열이 피스톤(21)에 전달되는 것을 보다 확실하게 방지하는 방법으로서, 이 로드(18)를, 도에 쇄선으로 나타내는 위치보다 밸브부재(17)측의 제1부분(18a)과, 피스톤(21)측의 제2부분 (18b)으로 구분되고, 상기 제2부분(18b)을 전열저항이 큰 소재로 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1부분(18a)과 제2부분(18b)의 연결은, 나사삽입이나 압입 등의 적당 방법으로 행할 수 있다.

이렇게 상기 포핏밸브에 의하면, 밸브케이싱(1) 내의 정위치에 전열체 (28)를 설치하여, 이 전열체(28)에 제1히터(31)를 설치하고, 상기 밸브부재(17)의 개방시에 상기 밸브부재(17)가 상기 전열체(28)에 접촉하여 가열되도록 구성한 것이므로, 상기 히터(31)를 밸브부재(17)나 로드(18)에 직접 설치한 경우와 같은, 상기 밸브부재(17)의 중량의 증가에 의해서 개폐시의 구동력이 크게 되거나, 응답성이 나쁘게 된다라는 문제가 생기지 않는다. 또한, 상기 밸브부재(17)가 개방되어 작동유체가 밸브 내를 유통하고 있는 경우에만 상기 밸브부재(17)가 상기 전열체 (28)에 접촉하고, 제1피스톤(31)으로부터의 열을 상기 전열체를 통해서 직접 전달되는 상태로 되기 때문에, 에너지효율이 좋고, 항시 직접 가열하고 있는 경우와 같은 시일부재의 열화도 생기기 어렵다. 또한, 상기 밸브부재(17)의 개폐에 수반되는 충격이 히터에 전달되지 않기 때문에, 상기 히터의 파손의 문제도 없게 된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 밸브부재를 가열하기 위한 히터를, 가동부재인 밸브부재나 로드 등에 설치하는 일없이, 밸브케이싱 내의 정위치에 전열체를 통해서 설치하고, 필요시에 이 전열체를 통해서 열이 상기 밸브부재에 직접 전달되도록 구성되어 있기 때문에, 밸브부재나 로드 등에 히터를 설치한 종래품에 특유의 문제점을 해소하고, 효율적 또한 합리적인 설계구조를 가지는 히터가 부착된 포핏밸브를 얻을 수 있다.

Claims

제1메인포트 및 제2메인포트와, 이들 양 메인포트를 연결하는 유로와, 이 유로 중에 설치된 밸브시트를 갖는 밸브케이싱;

이 밸브케이싱에 단열부를 통해서 연결된 실린더;

상기 밸브케이싱 내에 설치되어서 상기 밸브시트를 개폐하는 포핏식 밸브부재;

이 밸브부재에 선단부가 연결되고, 기단부가 상기 단열부를 통해서 상기 실린더의 내부까지 연장되는 로드;

상기 실린더의 내부에 시일부재를 통해서 슬라이딩가능하게 배치됨과 아울러, 상기 로드의 기단부에 연결된 피스톤;

상기 밸브케이싱 내의 정위치에 상기 로드를 따라서 배치되며, 선단부에 상기 밸브부재가 밸브개방위치에서 접촉하는 전열면을 구비한 전열체;

이 전열체에 설치된 제1히터; 및

상기 밸브케이싱의 외면에 설치된 제2히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터가 부착된 포핏밸브.
제1항에 있어서, 상기 전열체가 원통형상을 하고 있고, 상기 로드의 둘레에 동심상으로 설치되며, 상기 전열체의 내부에 상기 히터가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 히터가 부착된 포핏밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 단열부가, 복수의 통기구멍을 갖는 원통형상의 단열판으로 형성되고, 이 단열판이, 상기 밸브케이싱과 실린더 사이에 상기 로드를 둘러싸도록 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 히터가 부착된 포핏밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 로드가, 밸브부재측의 제1부분과 피스톤측의 제2부분으로 구분되어 있고, 이 제2부분이 상기 제1부분보다 저전열성의 소재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터가 부착된 포핏밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 밸브케이싱의 단부의 격벽과 밸브부재 사이에 벨로즈가 설치되고, 이 벨로즈의 내부에 상기 전열체가 수용됨과 아울러, 상기 밸브부재의 배면의 상기 벨로즈에 내포되는 부분에 상기 전열체의 전열면에 접촉하는 수열면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히터가 부착된 포핏밸브.